Einsatz der Wärmebildtechnik zur Ortung von Leckagen und Feuchtigkeit im Bauwerk am Beispiel von Weißen Wannen

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1 Einsatz der Wärmebildtechnik zur Ortung von Leckagen und Feuchtigkeit im Bauwerk am Beispiel von Weißen Wannen T. Freimann INHALT Grundlagen Thermografie Hinweise zur Messtechnik Feuchteerkennung mit Thermografie WU-Bauwerke: Untersuchungen an wasserundurchlässigen Schalungsspreizen

2 Grundlagen Thermographie Thermografie Wärmebildkamera Messung der IR-Emission von Oberflächen und Umwandlung in Temperaturen und Farbzuordnung Sichtbarmachen des Wärmestrompfades innerhalb eines Bauteils bei unterschiedlichen Wärmeabfluss (lokal unterschiedliche Wärmestromwiderstand werden sichtbar) Jede Oberfläche gibt eine IR-Emission ab, wenn sie über dem absoluten Nullpunkt liegt. IR-Emission haben Wellenlängen 0,7 µm bis 1000 µm Grundlagen Thermographie Wann entsteht ein Wärmestrom? wenn unterschiedliche Temperaturen auf der Vorder- und Rückseite des Bauteils anliegen Wodurch wird der Wärmestrom beeinflusst? durch die Geometrie, durch die Wärmekapazität des Materials und den Feuchtigkeitsgehalt Die Aufkonzentration des Wärmestroms wird als Wärmebrücke bezeichnet.

3 Anwendungsbeispiele Wärmebrücken elektrische Systeme (Überhitzung) Strömungsvorgänge Wasserbau Feuchtstellen Luftundichtigkeiten Medizintechnik Funktionskontrolle Heizung Grundlagen Thermographie passive Thermografie aktive Thermografie

4 Grundlagen Thermographie passive Thermografie keine Vorbehandlung oder Beeinflussung der Oberfläche aktive Thermografie aktive Vorbehandlung/ Anregung der Oberfläche tatsächlicher, unbeeinflusster Wärmestrom gezieltes temporäres Anwärmen gezieltes Abkühlen durch Luftstrom Verstärkung des Wärmestroms Aktive Thermografie temporäre Anregung der Oberflächen Wärmestrahlung aufbringen verstärkte Abkühlung durch Luftstrom Infrarotstrahler, Heizstrahler, Baustrahler usw. Thermogramm während Abkühlung Ziel: Feuchteerkennung Thermogramme z.b. in Verbindung mit Blower Door Test nach DIN (Druckunterschied) Ziel: Undichtigkeiten der Gebäudehülle dokumentieren

5 Aktive Thermografie temporäre Anregung der Oberflächen Wärmestrahlung aufbringen Infrarotstrahler, Heizstrahler, Baustrahler usw. Thermogramm während Abkühlung Ziel: Feuchteerkennung Je länger angeregt wird, desto tiefere Schichten werden erreicht. Anregungszeit z.b min Je später das Thermogramm aufgenommen wird, desto tiefere Schichten werden beurteilt (sofern Aufheizung ebenso lange dauerte) Messtechnik / Auflösung je kleiner die Wärmestromunterschiede, desto höher muss die thermische Kameraempfindlichkeit sein. Kameras mit hoher thermischer Empfindlichkeit / Auflösung haben Detektoren mit NETD < 1/10 Kelvin Differenzierung (NETD = noise equivalent temperature difference) geeignet für professionelle Anwendungen oder wissenschaftliche Untersuchungen Beispiel: Flir B360 Wärmebildkamera - thermische Empfindlichkeit 0,07 K bei 30 C x 240 Pixel = Bildpunkte zum Vergleich: sehr günstige Kameras: - thermische Empfindlichkeit 0,15-0,25 K bei 30 C - 60 x 60 Pixel = Bildpunkte

6 Darstellung Thermogramm Innentemp. 20 C Außentemp. -3 C T = 23 K 0,7 * 23 = 16 K Außentemperatur Angaben der Innen- und Außentemperatur notwendig möglichst gleichartige Skalierung der Temperaturunterschiede wählen ca. 0,5-0,7fache von T Messeinflüsse auf Thermografie Sonneneinstrahlung Wind Sonneneinstrahlung führt zu aktiver Erwärmung Wind / Luftstrom kühlt Oberflächen ab und verwischt das Thermogramm Emissionsgrad und Reflexion Unterschiedliche Bauteilmaterialien und Oberflächen verändern die Wärmeabstrahlung und Reflexion. Emissionsgrad Baustoffe 0,85 bis 0,96 Störeinflüsse 0 0,85 0,95 0,96 1,0 meist Voreinstellung der Kamera Ziel: stationäre Bedingungen anstreben!

7 Funktionsprüfung Fußbodenheizung starke Wärmeabstrahlung, leicht zu detektieren Überprüfung Wärmeschutz Innentemperatur 23 C lokal fehlende Dämmung nach Marderbesuch hinter Dachschräge Außentemperatur -3 C

8 Passivhaus Überprüfung Fenster T a = -4 C T i = 20 C Skalierung 0,7 *24 = 17 Kelvin Erkennung von Feuchtigkeit Feuchtigkeit an der Oberfläche oder direkt dahinter beeinflusst Thermografische Messungen durch entstehende Verdunstungskälte die Wärmekapazität des feuchten Bauteils ist höher als diejenige der angrenzenden trockenen Bauteile Der Temperaturunterschied zwischen feuchten und trockenen Wänden ist eher gering daher nur geringe Unterschiede im Wärmestrom! Zum Erkennen ist eine Wärmebildkamera mit hoher thermischer Empfindlichkeit erforderlich.

9 Einfluss von Feuchtigkeit passive Thermografie: Feuchte Oberflächen sind aufgrund eines größeren Wärmestroms an der Oberfläche geringfügig kühler. Bei Abtrocknung entsteht zudem Verdunstungskälte. aktive Thermographie: Feuchte Oberflächen werden langsamer erwärmt und kühlen langsamer wieder aus. Zum Teil sind Anomalien des Bauteils (Inhomogenitäten) und Konturen der Feuchtbereiche erkennbar Achtung: unerkannte Feuchtstellen können zu Fehlinterpretationen führen (vermeintliche Wärmebrücke) Einfluss von Feuchtigkeit Entstehen von Verdunstungskälte beim Abtrocknen feuchter Bauteile Wasser hat mit 2500 kj/kg eine sehr hohe Verdampfungswärme, Die Energie hierfür wird überwiegend dem Bauteil entzogen (Luft besitzt geringe Wärmekapazität) Oberflächentemperatur des feuchten Bauteils verringert sich

10 Restfeuchtigkeit im Mauerwerk Innentemperatur 22 C Außentemperatur -4 C T i = 22 C Skalierung 0,7 *26 = 18 Kelvin Einfluss von Feuchtigkeit Kondensatbildung Die Abkühlung folgt der geometrischen Form der Wärmebrücke, die als Ursache verantwortlich für das Erreichen der Taupunkttemperatur ist. keine scharfen Ränder. Durchfeuchtungen Unregelmäßige, meist scharf begrenzte Form erkennbar. Scharfe Ränder erkennbar. Unabhängig von geometrisch bedingten Wärmestromunterschieden.

11 Feuchtstelle infolge Kondensation passive Thermograhie Sohle-Wand-Anschluss im Keller Laboruntersuchungen Oberflächenfeuchte auf Betonoberflächen Wärmestromunterschied nur bei merklicher Verdunstung erkennbar passive Thermographie trocken feucht

12 Laboruntersuchungen rückseitige, hälftige Anfeuchtung einer 2 cm dicken Betonplatte ca. 30 min nach Aktivierung mit Heißluftföhn (2 min) ist die Feuchtigkeit erkennbar aktiver Thermographie: Wärmestromunterschied auch ohne messbare Verdunstung erkennbar. trocken feucht Durchfeuchtung nach Wassereinbruch passive Thermografie Restfeuchtigkeit in Wand

13 Durchfeuchtung nach Wassereinbruch Einfluss von Feuchtigkeit Sinnvoll ist: bei Verdacht auf Feuchtigkeit immer weitere begleitende Messungen vornehmen rel. Luftfeuchtigkeit, Feuchtigkeitsbestimmungen des Bauteils (induktiv, Bohrsonde, CM-Verfahren, Darrversuch)

14 Leckage in Fahrbelag Durchfeuchtung Tiefgaragenwand? Interpretation fehlerhaft Luftschacht mit Kaltluftzufuhr Störeinfluss Luftstrom

15 Durchfeuchtung WU-Keller? Interpretation fehlerhaft unterschiedliche Oberflächenreflexion Sohle-Wand-Anschluss Durchfeuchtung WU-Keller? Interpretation fehlerhaft unterschiedliche Oberflächenreflexion Sohle-Wand-Anschluss

16 Feuchtstellen in WU-Konstruktion Ort und Herkunft von Feuchtstellen Wasser von außen Wasser von innen Undichte Rohrleitungen GW-Stand - Pegelstand bekannt? - Geplanter Bemessungswasserstand? - Kürzlich Hochwasser? - Stauwasser/Niederschlag? - Wasseranstau vor Fenster/Türen? - Schalungsanker dicht? - Wasserführende Risse? - Anschlussfugen undicht? Kondensation Heizung, Wasserveroder entsorgung Nutzung Können Rohrbrüche oder undichte Muffen ausgeschlossen werden? - Zu hohe Nutzerfeuchte - Lüftung / Heizung / Klimaanlage? - Raumluftfeuchte abgeführt? - Oberflächentemperaturen? - Feuchtigkeit in kalten Ecken, Taupunkte? - Bauphysikalische Ursachen möglich? - Baufeuchte in den ersten 2 Jahren? Baufeuchte Untersuchungen an WU-Baukörpern Problematik Schalungsspreizen sind Durchdringungen der Wanne, die planmäßig wasserundurchlässig verschlossen werden müssen. Die Verklebung der Stopfen findet beidseitig statt. Eventuelle Undichtigkeiten der äußeren Verklebung sind nicht erkennbar (Wasser steht dann hinter dem inneren Stopfen). Bisher gibt es keine Kontrollmöglichkeit!

17 Untersuchungen an WU-Baukörpern Fragestellung: Kann mit Hilfe der Thermografie nachträglich und zerstörungsfrei das Hinterlaufen der äußeren Stopfen geprüft werden? Untersuchungen an WU-Baukörpern Vermutung : Wassergefüllte Schalungsspreizen zeigen aufgrund der höheren Wärmekapazität eine schnellere Abkühlung nach thermischer Aktivierung als luftgefüllte.

18 WU-Schalungsspreizen (Beispiele) Kunststoff mit Wassersperre aus Butylkautschuk Alternativen: KRASO DWS-System ZEMENTOL WS Dridu ET von REUSS-SEIFERT FSK - Fertigspreize Kompakt von ExtE Q! Kombi-Distanzrohr von EUROBAU Schalungsspreize in WU-Bauteil Schalungsspreize mit Wassersperren Verschlussstopfen (z.b. eingeklebt) unplanmäßiges Hinterlaufen bei Undichtigkeit des äußeren Stopfens

19 Versuchsaufbau im Labor WU-Laborprobekörper mit zwei Spannstellen 20 Grad Lufttemperatur 25 cm Wanddicke Spannstelle hinterlaufen Schalungsspreize wassergefüllt) Spannstelle dicht Schalungsspreize luftgefüllt Ergebnis (1) Hinterlaufene Schalungsspreize ist deutlich erkennbar.

20 Ergebnis (2) Hinterlaufene Schalungsspreize ist deutlich erkennbar. Laboruntersuchungen Aktivierung 2 min mit Heißluftföhn auf ca. 35 C (15 cm Abstand) Die linke, wassergefüllte Schalungsspreize kühlt schneller ab. passiv vor Anregung 0 min nach Anregung 1 min Spreize wassergefüllt Spreize luftgefüllt 5 min 10 min

21 Laboruntersuchungen passiv vor Anregung 0 min nach Anregung Spreize wassergefüllt Spreize luftgefüllt 1 min 5 min nach Anregung 15 min nach Anregung Untersuchungen in Tiefgarage

22 Untersuchungen in Tiefgarage Schalungsspreizen sind bei passiver Thermografie nur schwach erkennbar, wenn ein Wärmestrom vorhanden ist (z.b. Sohle-Wand-Anschluss) Untersuchungen in Tiefgarage aktive Thermografie lässt den Wärmestrom bei Schalungsspreizen deutlich erkennen

23 Untersuchungen in Tiefgarage Auffälligkeiten bei Schalungsspreizen übliches Ankerbild (heller als Umgebung) ungewöhnliches Ankerbild (Dunkelfärbung) Untersuchungen in Tiefgarage Abkühlungsphase über 15 min 0 min Die rechte Schalungsspreize kühlt schneller ab. 5 min 10 min 15 min

24 Fazit Schalungsspreizen Thermografie erscheint zur Erkennung von hinterlaufenen Schalungsspreizen in WU- Bauwerken geeignet erste Bauteiluntersuchungen und Laborversuche sind vielversprechend praxisgerechte Untersuchungsmethode muss noch entwickelt werden (Methode der Anregung; Ankertypen, Messzeitpunkte usw.) Fazit Thermografie ist zur Feuchteerkennung geeignet - z.t. auch bei passiver Thermografie erkennbar - Kondensationsfeuchtigkeit und Leckagen mit unterschiedlichen Thermogrammcharakter zerstörungsfreies Prüfverfahren, daher als begleitendes Analyseverfahren gut geeignet zur Feuchteerkennung hohe thermische Auflösung der Kamera erforderlich viele Störeinflüsse möglich, die zu Fehlinterpretationen führen können aktive Thermografie wird bisher wenig angewendet

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Literaturhinweise Einsatz der Modulationsthermografie zum Nachweis von Feuchtigkeit in Baustoffen Büscher, Konstantin Alexander; Berichte aus dem Bauwesen Shaker 1999, Abb.,Tab.,Lit.117 S. Infrarot-Thermografie zur Bestimmung von Wandfeuchte Reichwald, H. F.; Quelle: ICOMOS, 1999 ISBN: Standort in der IRB-Bibliothek: DEIRB 16/99-1; Wärmebrücken auf der Spur Behanek, M..; Betonwerk + Fertigteiltechnik bft-international, 12/2011